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Spring Bean的線程安全問題

更新時(shí)間：2022年06月01日 09:46:29 作者：Trouvailless

Spring容器中的Bean是否線程安全，本文主要介紹了Spring Bean的線程安全問題，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

原型Bean：對于原型Bean，每次創(chuàng)建一個(gè)新對象，也就是線程之間并不存在Bean共享，自然是不會有線程安全的問題
單例Bean：對于單例Bean，所有線程都共享一個(gè)單例實(shí)例Bean，因此是存在資源的競爭。如果單例Bean是一個(gè)無狀態(tài)Bean，也就是線程中的操作不會對Bean的成員執(zhí)行查詢以外的操作，那么這個(gè)單例Bean是線程安全的。比如Spring mvc的 Controller 、 Service 、 Dao 等，這些Bean大多是無狀態(tài)的，只關(guān)注于方法本身

bean 分為 有狀態(tài) bean 和無狀態(tài) bean ，有狀態(tài) bean 即類定義了成員變量，可能被多個(gè)線程同時(shí)訪問，則會出現(xiàn)線程安全問題；無狀態(tài) bean 每個(gè)線程訪問不會產(chǎn)生線程安全問題，因?yàn)楦鱾€(gè)線程棧及方法棧資源都是獨(dú)立的，不共享。即是，無狀態(tài) bean 可以在多線程環(huán)境下共享，有狀態(tài) bean不能

Spring中的Bean默認(rèn)是單例模式的，框架并沒有對bean進(jìn)行多線程的封裝處理。

實(shí)際上大部分時(shí)間Bean是無狀態(tài)的（比如Dao）所以說在某種程度上來說Bean其實(shí)是安全的。

但是如果Bean是有狀態(tài)的，那就需要開發(fā)人員自己來進(jìn)行線程安全的保證，最簡單的辦法就是改變bean的作用域，把 singleton 改為 protopyte 這樣每次請求Bean就相當(dāng)于是 new Bean() 這樣就可以保證線程的安全了。

有狀態(tài)就是有數(shù)據(jù)存儲功能
無狀態(tài)就是不會保存數(shù)據(jù)

Controller 、 Service 和 Dao 層本身并不是線程安全的，只是如果只是調(diào)用里面的方法，而且多線程調(diào)用一個(gè)實(shí)例的方法，會在內(nèi)存中復(fù)制變量，這是自己的線程的工作內(nèi)存，是安全的。

Java虛擬機(jī)棧是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。

局部變量的固有屬性之一就是封閉在執(zhí)行線程中。它們位于執(zhí)行線程的棧中，其他線程無法訪問這個(gè)棧。

所以其實(shí)任何無狀態(tài)單例都是線程安全的。

Spring的根本就是通過大量這種單例構(gòu)建起系統(tǒng)，以事務(wù)腳本的方式提供服務(wù)。

@Controller、@Service是不是線程安全的？

默認(rèn)配置下不是的。因?yàn)槟J(rèn)情況下@Controller沒有加上@Scope，沒有加@Scope就是默認(rèn)值singleton，單例的。意思就是系統(tǒng)只會初始化一次 Controller 容器，所以每次請求的都是同一個(gè) Controller 容器，當(dāng)然是非線程安全的。舉個(gè)栗子：

@RestController
public class TestController {
    private int var = 0;
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        System.out.println("普通變量var:" + (++var));
        return "普通變量var:" + var ;
    }
}

在postman里面發(fā)三次請求，結(jié)果如下：

普通變量var:1
普通變量var:2
普通變量var:3

說明它不是線程安全的。可以給它加上 @Scope 注解，如下：

@RestController
@Scope(value = "prototype") // 加上@Scope注解，有2個(gè)取值：單例-singleton 多實(shí)例-prototype
public class TestController {
    private int var = 0;
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        System.out.println("普通變量var:" + (++var));
        return "普通變量var:" + var ;
    }
}

這樣一來，每個(gè)請求都單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè) Controller 容器，所以各個(gè)請求之間是線程安全的，三次請求結(jié)果：

普通變量var:1
普通變量var:1
普通變量var:1

加了 @Scope 注解的 prototype 實(shí)例一定就是線程安全的嗎？

@RestController
@Scope(value = "prototype") // 加上@Scope注解，有2個(gè)取值：單例-singleton 多實(shí)例-prototype
public class TestController {
    private int var = 0;
    private static int staticVar = 0;
?
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        System.out.println("普通變量var:" + (++var)+ "---靜態(tài)變量staticVar:" + (++staticVar));
        return "普通變量var:" + var + "靜態(tài)變量staticVar:" + staticVar;
    }
}

三次請求結(jié)果：

普通變量var:1---靜態(tài)變量staticVar:1
普通變量var:1---靜態(tài)變量staticVar:2
普通變量var:1---靜態(tài)變量staticVar:3

雖然每次都是單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè) Controller 但是扛不住它變量本身是 static 的，所以說，即便是加上 @Scope 注解也不一定能保證 Controller 100%的線程安全。所以是否線程安全在于怎樣去定義變量以及 Controller 的配置。來個(gè)全乎一點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，代碼如下：

@RestController
@Scope(value = "singleton") // prototype singleton
public class TestController {
?
    private int var = 0; // 定義一個(gè)普通變量
?
    private static int staticVar = 0; // 定義一個(gè)靜態(tài)變量
?
    @Value("${test-int}")
    private int testInt; // 從配置文件中讀取變量
?
    ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<>(); // 用ThreadLocal來封裝變量
?
    @Autowired
    private User user; // 注入一個(gè)對象來封裝變量
?
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        tl.set(1);
        System.out.println("先取一下user對象中的值："+user.getAge()+"===再取一下hashCode:"+user.hashCode());
        user.setAge(1);
        System.out.println("普通變量var:" + (++var) + "===靜態(tài)變量staticVar:" + (++staticVar) + "===配置變量testInt:" + (++testInt)
                + "===ThreadLocal變量tl:" + tl.get()+"===注入變量user:" + user.getAge());
        return "普通變量var:" + var + ",靜態(tài)變量staticVar:" + staticVar + ",配置讀取變量testInt:" + testInt + ",ThreadLocal變量tl:"
                + tl.get() + "注入變量user:" + user.getAge();
    }
}@RestController
@Scope(value = "prototype") // prototype singleton
public class TestController {
?
    private int var = 0; // 定義一個(gè)普通變量
?
    private static int staticVar = 0; // 定義一個(gè)靜態(tài)變量
?
    @Value("${test-int}")
    private int testInt; // 從配置文件中讀取變量
?
    ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<>(); // 用ThreadLocal來封裝變量
?
    @Autowired
    private User user; // 注入一個(gè)對象來封裝變量
?
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        tl.set(1);
        System.out.println("先取一下user對象中的值："+user.getAge()+"===再取一下hashCode:"+user.hashCode());
        user.setAge(1);
        System.out.println("普通變量var:" + (++var) + "===靜態(tài)變量staticVar:" + (++staticVar) + "===配置變量testInt:" + (++testInt)
                + "===ThreadLocal變量tl:" + tl.get()+"===注入變量user:" + user.getAge());
        return "普通變量var:" + var + ",靜態(tài)變量staticVar:" + staticVar + ",配置讀取變量testInt:" + testInt + ",ThreadLocal變量tl:"
                + tl.get() + "注入變量user:" + user.getAge();
    }
}

補(bǔ)充 Controller 以外的代碼：

config里面自己定義的Bean: User

@Configuration
public class MyConfig {
    @Bean
    public User user(){
        return new User();
    }
}

三次http請求結(jié)果如下：

先取一下user對象中的值：0===再取一下hashCode:241165852
普通變量var:1===靜態(tài)變量staticVar:1===配置變量testInt:1===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1
先取一下user對象中的值：1===再取一下hashCode:241165852
普通變量var:2===靜態(tài)變量staticVar:2===配置變量testInt:2===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1
先取一下user對象中的值：1===再取一下hashCode:241165852
普通變量var:3===靜態(tài)變量staticVar:3===配置變量testInt:3===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1

可以看到，在單例模式下 Controller 中只有用 ThreadLocal 封裝的變量是線程安全的?？梢钥吹?次請求結(jié)果里面只有 ThreadLocal 變量值每次都是從 0+1=1 的，其他的幾個(gè)都是累加的，而 user 對象呢，默認(rèn)值是0，第二交取值的時(shí)候就已經(jīng)是1了，關(guān)鍵它的 hashCode 是一樣的，說明每次請求調(diào)用的都是同一個(gè) user 對象。

下面將 TestController 上的 @Scope 注解的屬性改一下改成多實(shí)例的： @Scope(value = "prototype") ，其他都不變，再次請求，結(jié)果如下：

先取一下user對象中的值：0===再取一下hashCode:853315860
普通變量var:1===靜態(tài)變量staticVar:1===配置變量testInt:1===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1
先取一下user對象中的值：1===再取一下hashCode:853315860
普通變量var:1===靜態(tài)變量staticVar:2===配置變量testInt:1===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1
先取一下user對象中的值：1===再取一下hashCode:853315860
普通變量var:1===靜態(tài)變量staticVar:3===配置變量testInt:1===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1

分析這個(gè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多實(shí)例模式下普通變量，取配置的變量還有 ThreadLocal 變量都是線程安全的，而靜態(tài)變量和 user （看它的 hashCode 都是一樣的）對象中的變量都是非線程安全的。也就是說盡管 TestController 是每次請求的時(shí)候都初始化了一個(gè)對象，但是靜態(tài)變量始終是只有一份的，而且這個(gè)注入的 user 對象也是只有一份的。靜態(tài)變量只有一份這是當(dāng)然的咯，那么有沒有辦法讓 user 對象可以每次都new一個(gè)新的呢？當(dāng)然可以：

public class MyConfig {
    @Bean
    @Scope(value = "prototype")
    public User user(){
        return new User();
    }    
}

在config里面給這個(gè)注入的Bean加上一個(gè)相同的注解 @Scope(value = "prototype") 就可以了，再來請求一下：

先取一下user對象中的值：0===再取一下hashCode:1612967699
普通變量var:1===靜態(tài)變量staticVar:1===配置變量testInt:1===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1
先取一下user對象中的值：0===再取一下hashCode:985418837
普通變量var:1===靜態(tài)變量staticVar:2===配置變量testInt:1===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1
先取一下user對象中的值：0===再取一下hashCode:1958952789
普通變量var:1===靜態(tài)變量staticVar:3===配置變量testInt:1===ThreadLocal變量tl:1===注入變量user:1

可以看到每次請求的 user 對象的 hashCode 都不是一樣的，每次賦值前取 user 中的變量值也都是默認(rèn)值0。

ThreadLocal vs 線程同步機(jī)制

ThreadLocal 和線程同步機(jī)制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題。

線程同步機(jī)制

在同步機(jī)制中，通過對象的鎖機(jī)制保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程訪問變量。這時(shí)該變量是多個(gè)線程共享的，使用同步機(jī)制要求程序慎密地分析什么時(shí)候?qū)ψ兞窟M(jìn)行讀寫，什么時(shí)候需要鎖定某個(gè)對象，什么時(shí)候釋放對象鎖等繁雜的問題，程序設(shè)計(jì)和編寫難度相對較大。

ThreadLocal

ThreadLocal 則從另一個(gè)角度來解決多線程的并發(fā)訪問。 ThreadLocal會為每一個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本，從而隔離了多個(gè)線程對數(shù)據(jù)的訪問沖突。因?yàn)槊恳粋€(gè)線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對該變量進(jìn)行同步了。 ThreadLocal 提供了線程安全的共享對象，在編寫多線程代碼時(shí)，可以把不安全的變量封裝進(jìn) ThreadLocal 。
由于 ThreadLocal 中可以持有任何類型的對象，低版本JDK所提供的 get() 返回的是 Object 對象，需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。但JDK 5.0通過泛型很好的解決了這個(gè)問題，在一定程度地簡化 ThreadLocal 的使用

概括起來說，對于多線程資源共享的問題，同步機(jī)制采用了“以時(shí)間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時(shí)間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊(duì)訪問，而后者為每一個(gè)線程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問而互不影響。

總結(jié)

在 @Controller/@Service 等容器中，默認(rèn)情況下，scope值是單例- singleton 的，也是線程不安全的
盡量不要在 @Controller/@Service 等容器中定義靜態(tài)變量，不論是單例( singleton )還是多實(shí)例( prototype )都是線程不安全的
默認(rèn)注入的Bean對象，在不設(shè)置scope的時(shí)候也是線程不安全的
一定要定義變量的話，用 ThreadLocal 來封裝，這個(gè)是線程安全的

到此這篇關(guān)于Spring Bean的線程安全問題的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Spring Bean線程安全內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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